RU2730633C1 - Free-piston internal combustion engine with linear generator - Google Patents

Free-piston internal combustion engine with linear generator Download PDF

Info

Publication number
RU2730633C1
RU2730633C1 RU2019135405A RU2019135405A RU2730633C1 RU 2730633 C1 RU2730633 C1 RU 2730633C1 RU 2019135405 A RU2019135405 A RU 2019135405A RU 2019135405 A RU2019135405 A RU 2019135405A RU 2730633 C1 RU2730633 C1 RU 2730633C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
shaft
pipe
linear generator
valves
Prior art date
Application number
RU2019135405A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Петрович Бутенко
Виктория Анатольевна Зинькова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова"
Priority to RU2019135405A priority Critical patent/RU2730633C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2730633C1 publication Critical patent/RU2730633C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/26Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/32Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to power plants and can be used in automotive industry, heavy engineering and small power engineering, particularly in the form of auxiliary engines of transport mechanisms on mobile or portable electric power stations, electric welding machines, and so forth. Free-piston internal combustion engine with linear generator includes spark plugs, linear generator containing stator winding, gas distribution mechanism at cylinder ends, fuel-air medium supply manifold and exhaust gases collector. Proposed solution comprises four cylinders 2, 3, 4, 5, in the heads of which valves of timing mechanism 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 and ignition contact are installed, with two pairs of coaxial pistons 6, 7 and 8, 9, rigidly connected with rods 10, 11, 12, 13 with pipe 14. Permanent magnets 15 are fixed on pipe outer side. Spherical bodies 21, 22 are installed on internal surface of pipe and shaft 18 installed by means of bearings 19 on housing 1 passes. At that, on the shaft side surface the sinusoidal profile continuous groove 20 is made. Disks 23, 24 of gas distribution mechanism with projections of control of valves 25, 26, 28, 29 and ignition contact 27, 30 are fixed on shaft ends.EFFECT: invention is aimed at improvement of engine reliability.1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано в автомобилестроении, тяжелом машиностроении и малой энергетике, в частности в виде вспомогательных двигателей транспортных механизмов на передвижных или переносных электростанциях, электросварочных агрегатах и др.The invention relates to power plants and can be used in the automotive industry, heavy engineering and small-scale power engineering, in particular in the form of auxiliary engines of transport mechanisms in mobile or portable power plants, electric welding units, etc.

Известен двигатель внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №2451803, опубл. 27.05.2012, бюл. №5), который содержит рабочий цилиндр с элементом, совершающим возвратно-поступательное движение, и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение, выполненный в виде вращающегося основного барабана с направляющей, кинематически связанной с элементом, движущимся возвратно-поступательно. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение снабжен дополнительным вращающимся барабаном и синхронизирующим элементом. Дополнительный барабан снабжен направляющей, кинематически связанной с элементом, движущимся возвратно-поступательно, а синхронизирующий элемент кинематически связан с обоими барабанами.Known internal combustion engine (RF patent for invention No. 2451803, publ. 05/27/2012, bul. No. 5), which contains a working cylinder with an element that makes a reciprocating movement, and a mechanism for converting reciprocating movement into rotational movement, made in in the form of a rotating main drum with a guide, kinematically connected with an element moving back and forth. The mechanism for converting the reciprocating motion into rotational motion is equipped with an additional rotating drum and a synchronizing element. The additional drum is equipped with a guide, which is kinematically connected to the reciprocating element, and the synchronizing element is kinematically connected to both drums.

Недостатком известного двигателя является сложность его конструкции и кинематических связей между элементам, которые приводят к низкой надежности двигателя.The disadvantage of the known engine is the complexity of its design and kinematic connections between the elements, which lead to low reliability of the engine.

Известен свободнопоршневой двигатель, принятый за прототип (патент РФ на изобретение №2500906, опубл. 10.12.2013, бюл. №34), выполненный, по меньшей мере, из одного цилиндра, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, содержащий свечи зажигания, линейный генератор, обмотку статора, расположенную на цилиндре, системы (механизм) газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов. Каждая система газораспределения выполнена в виде пустотелого корпуса, установленного на торце цилиндра, внутри которого размещена втулка с впускными и выпускными окнами топливовоздушной смеси и выхлопных газов, имеющими возможность сообщаться соответственно с впускными и выпускными коллекторами, на оси втулки выполнено ведомое колесо гибкой передачи, а на штоке выполнена зубчатая рейка, с которой контактирует зубчатое колесо с ведущим валом, на внешнем конце которого установлено ведущее колесо гибкой передачи. На ведущем валу установлен прерыватель, соединенный с электрической свечой. Двигатель оборудован блоком управления, на валу ведущего колеса установлен датчик положения поршней.Known free-piston engine adopted as a prototype (RF patent for invention No. 2500906, publ. 12/10/2013, bull. No. 34), made of at least one cylinder, inside which there are two oppositely mounted pistons with a rod containing spark plugs , linear generator, stator winding located on the cylinder, valve timing systems (mechanism) at the ends of the cylinder, fuel-air supply manifold and exhaust manifold. Each gas distribution system is made in the form of a hollow body installed at the end of the cylinder, inside which there is a bushing with inlet and outlet ports of the fuel-air mixture and exhaust gases, which have the ability to communicate, respectively, with the inlet and outlet manifolds, a driven flexible transmission wheel is made on the hub axis, and on the rod is made of a toothed rack, with which the gear wheel contacts the drive shaft, at the outer end of which the drive wheel of the flexible transmission is installed. A breaker connected to an electric candle is installed on the drive shaft. The engine is equipped with a control unit, a piston position sensor is installed on the drive wheel shaft.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: цилиндр, внутри которого расположены поршни со штоком, свечи зажигания, линейный генератор, обмотку статора, механизм газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов.The following set of prototype features coincides with the essential features of the invention: a cylinder inside which pistons with a rod, spark plugs, a linear generator, a stator winding, a gas distribution mechanism at the ends of the cylinder, a fuel-air supply manifold and an exhaust gas manifold are located.

Недостатками прототипа являются необходимость электронной системы управления, которая должна осуществлять контроль движения поршней для обеспечения оптимального термодинамического цикла, а также позиционирование поршней, предотвращая их соударение с головками цилиндров, а также сложность конструкции и кинематических связей между элементами, это в свою очередь снижает надежность двигателя.The disadvantages of the prototype are the need for an electronic control system, which must control the movement of the pistons to ensure an optimal thermodynamic cycle, as well as the positioning of the pistons, preventing their collision with the cylinder heads, as well as the complexity of the design and kinematic connections between the elements, which in turn reduces the reliability of the engine.

Изобретение направлено на повышение надежности двигателя.The invention is aimed at improving the reliability of the engine.

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным генератором включает свечи зажигания, линейный генератор, содержащий, обмотку статора, механизм газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов. Предложенное решение включает четыре цилиндра, в головках которых установлены клапаны механизма газораспределения и контакт зажигания, с двумя парами соосных поршней жестко соединенных штоками с трубой. На внешней стороне трубы закреплены постоянные магниты. На внутренней поверхности трубы установлены сферические тела и проходит вал, установленный с помощью подшипников на корпусе. При этом на боковой поверхности вала выполнена непрерывная канавка синусоидного профиля. На торцах вала закреплены диски механизма газораспределения с выступами управления клапанами и контактом зажигания.A free-piston internal combustion engine with a linear generator includes spark plugs, a linear generator containing, a stator winding, a valve timing mechanism at the ends of the cylinder, an air-fuel supply manifold and an exhaust manifold. The proposed solution includes four cylinders, in the heads of which the valves of the gas distribution mechanism and the ignition contact are installed, with two pairs of coaxial pistons rigidly connected by rods to the pipe. Permanent magnets are attached to the outside of the pipe. On the inner surface of the pipe, spherical bodies are installed and a shaft passes through, mounted with bearings on the housing. In this case, a continuous sinusoidal groove is made on the side surface of the shaft. At the ends of the shaft, the disks of the gas distribution mechanism are fixed with valve control projections and an ignition contact.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - продольный разрез двигателя; фиг. 2 - разрез А-А (диск с выступами газораспределения и зажигания); фиг. 3 - разрез Б-Б; фиг. 4 - разрез В-В (головке цилиндра полостей системы газораспределения); фиг. 5 - центральная часть вала с непрерывной канавкой синусоидного профиля; фиг. 6 - разрез Т-Г, фиг. 7 - циклограмма работы двигателя.The essence of the invention is illustrated by drawings, where FIG. 1 - longitudinal section of the engine; fig. 2 - section A-A (disk with projections of gas distribution and ignition); fig. 3 - section BB; fig. 4 - section B-B (cylinder head of the cavities of the gas distribution system); fig. 5 - the central part of the shaft with a continuous groove of a sinusoidal profile; fig. 6 - section T-G, Fig. 7 - cyclogram of engine operation.

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным генератором содержит корпус 1, внутри которого установлены четыре цилиндра 2, 3, 4, 5 с соответствующими поршнями 6, 7, 8, 9, образующие две пары соосных поршней 6, 7 и 8, 9. Поршни 6, 7, 8, 9 жестко соединены соответствующими штоками 10, 11, 12, 13 с трубой 14. На внешней стороне трубы 14 закреплены постоянные магниты 15, расположенные внутри статора 16 с обмоткой 17, образую линейный генератор. A free-piston internal combustion engine with a linear generator contains a housing 1, inside which four cylinders 2, 3, 4, 5 are installed with the corresponding pistons 6, 7, 8, 9, forming two pairs of coaxial pistons 6, 7 and 8, 9. Pistons 6, 7, 8, 9 are rigidly connected by respective rods 10, 11, 12, 13 to the pipe 14. On the outer side of the pipe 14 permanent magnets 15 are fixed, located inside the stator 16 with the winding 17, forming a linear generator.

В предлагаемом двигателе роль позиционирования поршней выполняет проходящий внутри трубы 14 вал 18, установленный на подшипниках 19 на корпусе. На боковой поверхности вала 18 выполнена непрерывная канавка 20 синусоидного профиля - два выступа и две впадины. По канавке 20 во время работы двигателя прокатываются сферические тела, например шары 21, 22, установленные на внутренней поверхности трубы 14, ограничивая ход поршней 6, 7, 8, 9 верхней и нижней мертвыми точками. При этом сам вал 18 приобретает вращательное движение (один оборот за четыре такта в каждом цилиндре). Механизм газораспределения включает диски 23 и 24, закрепленные на торцах вала 18. Диск 23 имеет выступы управления клапанами: впуска 25 и выпуска 26, а также контакт зажигания 27. Диск 24 имеет выступы управления клапанами: впуска 28, выпуска 29, а также контакт зажигания 30. In the proposed engine, the role of positioning the pistons is performed by a shaft 18 passing inside the pipe 14 and mounted on bearings 19 on the housing. A continuous groove 20 of a sinusoidal profile is made on the side surface of the shaft 18 - two protrusions and two depressions. Spherical bodies are rolled along the groove 20 during engine operation, for example balls 21, 22 mounted on the inner surface of the pipe 14, limiting the stroke of the pistons 6, 7, 8, 9 by the upper and lower dead points. In this case, the shaft 18 itself acquires a rotational movement (one revolution in four strokes in each cylinder). The gas distribution mechanism includes discs 23 and 24 attached to the ends of the shaft 18. Disc 23 has valve control projections: inlet 25 and outlet 26, as well as an ignition contact 27. Disc 24 has valve control projections: inlet 28, outlet 29, as well as an ignition contact thirty.

В головках цилиндров 2, 3, 4, 5 установлены соответственно клапаны механизма газораспределения, а именно впускные 31, 32, 33, 34 и выпускные 35, 36, 37, 38 клапаны со штоками 39. На торцах штоков 39 установлены ролики 40 и свечи зажигания 41, 42, 43, 44 соответственно для цилиндров 2, 3, 4, 5. В головках цилиндров 2, 3, 4, 5 выполнены коллектор 45 для прохода горючей смеси и коллектор 46 для выхода отработанных газов с соответствующими отверстиями для прохода горючей смеси 47 и для выхода отработанных газов 48. В головках цилиндров 2, 3, 4, 5 выполнены отверстия 49 для свечи зажигания и контакт зажигания 50.The valves of the gas distribution mechanism are installed in the heads of cylinders 2, 3, 4, 5, respectively, inlet valves 31, 32, 33, 34 and exhaust valves 35, 36, 37, 38 with rods 39. Rollers 40 and spark plugs are installed at the ends of the rods 39 41, 42, 43, 44, respectively, for cylinders 2, 3, 4, 5. In the heads of cylinders 2, 3, 4, 5, a manifold 45 for the passage of the combustible mixture and a manifold 46 for the outlet of exhaust gases with corresponding openings for the passage of the combustible mixture 47 and for the outlet of exhaust gases 48. In the heads of cylinders 2, 3, 4, 5 holes 49 are made for the spark plug and the ignition contact 50.

Двигатель работает следующим образом.The engine works as follows.

Пуск двигателя. На обмотку 17 статора 16 подается напряжение и генератор, работая в режиме линейного электродвигателя, перемещает трубу 14, на которой закреплены постоянные магниты 15 и установлены шары 21, 22, вместе с поршнями 6, 7, 8, 9 и штоками 10, 11, 12, 13 направо. При этом шары 21, 22, двигаясь по канавке 20, поворачивают вал 18, установленный на корпусе 1 на подшипнике 19, против часовой стрелки (если смотреть со стороны левого торца двигателя). Вместе с валом 18 поворачивается диск 23, который выступом впуска 25 наезжает на ролик 40 штока 39 впускного клапана 31 цилиндра 2. Начинается такт впуска. Так до тех пор, пока выступ впуска 25 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется впускной клапан 31. При подаче напряжение другой полярности на обмотку 17 статора 16 труба 14 вместе с поршнями 6, 7, 8, 9 перемещается налево и в поршне 6 начинается такт сжатия до тех пор, пока выступ зажигания 27 диска 23 не замкнет контакт зажигания 50 и не будет подано напряжение на свечу зажигания 41. Начинается такт рабочего хода. Двигатель запущен.Starting the engine. Voltage is applied to the winding 17 of the stator 16 and the generator, operating in the mode of a linear electric motor, moves the pipe 14, on which permanent magnets 15 are fixed and balls 21, 22 are installed, together with pistons 6, 7, 8, 9 and rods 10, 11, 12 , 13 to the right. In this case, the balls 21, 22, moving along the groove 20, rotate the shaft 18, mounted on the housing 1 on the bearing 19, counterclockwise (when viewed from the left end of the engine). Together with the shaft 18, the disc 23 rotates, which by the inlet protrusion 25 hits the roller 40 of the rod 39 of the intake valve 31 of cylinder 2. The intake stroke begins. So until the protrusion of the inlet 25 comes off the roller 40 of the rod 39 and the inlet valve 31 closes. When a voltage of a different polarity is applied to the stator winding 17, the pipe 14, together with the pistons 6, 7, 8, 9, moves to the left and in the piston 6, the compression stroke begins until the ignition lug 27 of the disc 23 closes the ignition contact 50 and the voltage is applied to the spark plug 41. The power stroke begins. The engine is running.

Циклограмма работы двигателя (фиг. 7).Cyclogram of engine operation (Fig. 7).

Движение поршней 6, 7, 8, 9 цилиндров 2, 3, 4, 5 слева направо (фиг. 7 а, б). Шары 21, 22, двигаясь по канавке 20, поворачивают вал 18 против часовой стрелки (если смотреть с левого торца двигателя) от 0° до 90°.The movement of pistons 6, 7, 8, 9 of cylinders 2, 3, 4, 5 from left to right (Fig. 7 a, b). Balls 21, 22, moving along the groove 20, turn the shaft 18 counterclockwise (as viewed from the left end of the engine) from 0 ° to 90 °.

Цилиндр 2. Диск 23 наезжает выступом впуска 25 на ролик 40 штока 39 впускного клапана 31 цилиндра 2. Начинается такт ВПУСКА. Так до тех пор, пока выступ впуска 25 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется впускной клапан 31.Cylinder 2. The disc 23 runs over the inlet protrusion 25 onto the roller 40 of the rod 39 of the inlet valve 31 of cylinder 2. The INLET cycle begins. So until the protrusion of the inlet 25 comes off the roller 40 of the rod 39 and the inlet valve 31 closes.

Цилиндр 3. Все клапаны цилиндра 3 закрыты. Идет такт СЖАТИЯ.Cylinder 3. All valves on cylinder 3 are closed. There is a COMPRESSION beat.

Цилиндр 4. Все клапаны цилиндра 4 закрыты. Диск 23 наезжает выступом зажигания 27 на контакт зажигания 50. Подается напряжение на свечу зажигания 43, установленную в отверстие 49. Начинается такт РАБОЧИЙ ХОД.Cylinder 4. All valves on cylinder 4 are closed. The disk 23 is driven by the ignition protrusion 27 onto the ignition contact 50. The voltage is applied to the spark plug 43 installed in the hole 49. The OPERATING cycle begins.

Цилиндр 5. Диск 24 наезжает выступом выпуска 29 на ролик 40 штока 39 выпускного клапана 38 цилиндра 5. Начинается такт ВЫПУСКА. Так до тех пор, пока выступ выпуска 29 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется выпускной клапан 38.Cylinder 5. Disc 24 is driven by the release protrusion 29 onto the roller 40 of the rod 39 of the exhaust valve 38 of cylinder 5. The EXHAUST stroke begins. So until the protrusion of the outlet 29 comes off the roller 40 of the stem 39 and the outlet valve 38 closes.

Движение поршней 6, 7, 8, 9 цилиндров 2, 3, 4, 5 справа налево (фиг. 7 в, г). Шары 21, 22, двигаясь по канавке 20, поворачивают вал 18 против часовой стрелки (если смотреть с левого торца двигателя) от 90° до 180°.The movement of pistons 6, 7, 8, 9 of cylinders 2, 3, 4, 5 from right to left (Fig. 7 c, d). Balls 21, 22, moving along the groove 20, turn the shaft 18 counterclockwise (as viewed from the left end of the engine) from 90 ° to 180 °.

Цилиндр 2. Все клапаны цилиндра 2 закрыты. Идет такт СЖАТИЯ.Cylinder 2. All valves on cylinder 2 are closed. There is a COMPRESSION beat.

Цилиндр 3. Все клапаны цилиндра 3 закрыты. Диск 24 наезжает выступом зажигания 30 на контакт зажигания 50. Подается напряжение на свечу зажигания 42, установленную в отверстие 49. Начинается такт РАБОЧИЙ ХОД.Cylinder 3. All valves on cylinder 3 are closed. The disc 24 runs over the ignition contact 50 by the ignition lug 30. Voltage is applied to the spark plug 42 installed in the hole 49. The OPERATING cycle begins.

Цилиндр 4. Диск 23 наезжает выступом выпуска 26 на ролик 40 штока 39 выпускного клапана 37 цилиндра 4. Начинается такт ВЫПУСКА. Так до тех пор, пока выступ выпуска 26 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется выпускной клапан 37.Cylinder 4. Disc 23 runs over by the protrusion of the outlet 26 onto the roller 40 of the rod 39 of the outlet valve 37 of the cylinder 4. The EXHAUST stroke begins. So until the protrusion of the outlet 26 comes off the roller 40 of the stem 39 and the outlet valve 37 closes.

Цилиндр 5. Диск 24 наезжает выступом впуска 28 на ролик 40 штока 39 впускного клапана 34 цилиндра 5. Начинается такт ВПУСКА. Так до тех пор, пока выступ впуска 28 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется впускной клапан 34.Cylinder 5. Disc 24 runs over the inlet protrusion 28 on the roller 40 of the rod 39 of the inlet valve 34 of cylinder 5. The INLET cycle begins. So until the protrusion of the inlet 28 comes off the roller 40 of the rod 39 and the inlet valve 34 closes.

Движение поршней 6, 7, 8, 9 цилиндров 2, 3, 4, 5 слева направо (фиг. 7 д, е). Шары 21, 22, двигаясь по канавке 20, поворачивают вал 18 против часовой стрелки (если смотреть с левого торца двигателя) от 180° до 270°.The movement of pistons 6, 7, 8, 9 of cylinders 2, 3, 4, 5 from left to right (Fig. 7 e, f). Balls 21, 22, moving along the groove 20, turn the shaft 18 counterclockwise (as viewed from the left end of the engine) from 180 ° to 270 °.

Цилиндр 2. Все клапаны цилиндра 2 закрыты. Диск 23 наезжает выступом зажигания 27 на контакт зажигания 50. Подается напряжение на свечу зажигания 41. Начинается такт РАБОЧИЙ ХОД.Cylinder 2. All valves on cylinder 2 are closed. The disc 23 runs over the ignition contact 50 with the ignition protrusion 27. Voltage is applied to the spark plug 41. The RUNNING cycle begins.

Цилиндр 3. Диск 24 наезжает выступом выпуска 29 на ролик 40 штока 39 выпускного клапана 36 цилиндра 3. Начинается такт ВЫПУСКА. Так до тех пор, пока выступ выпуска 29 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется выпускной клапан 36.Cylinder 3. Disc 24 runs over by the protrusion of the release 29 on the roller 40 of the rod 39 of the exhaust valve 36 of the cylinder 3. The EXHAUST stroke begins. So, until the protrusion of the outlet 29 comes off the roller 40 of the rod 39 and the outlet valve 36 closes.

Цилиндр 4. Диск 23 наезжает выступом впуска 25 на ролик 40 штока 39 впускного клапана 33 цилиндра 4. Начинается такт ВПУСКА. Так до тех пор, пока выступ впуска 25 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется впускной клапан 33.Cylinder 4. Disc 23 runs over the inlet protrusion 25 onto the roller 40 of the rod 39 of the inlet valve 33 of cylinder 4. The INLET cycle begins. So until the protrusion of the inlet 25 comes off the roller 40 of the rod 39 and the inlet valve 33 closes.

Цилиндр 5. Все клапаны цилиндра 5 закрыты. Идет такт СЖАТИЯ.Cylinder 5. All valves on cylinder 5 are closed. There is a COMPRESSION beat.

Движение поршней 6, 7, 8, 9 цилиндров 2, 3, 4, 5 справа налево (фиг. 7 ж, з). Шары 21, 22, двигаясь по канавке 20, поворачивают вал 18 против часовой стрелки (если смотреть с левого торца двигателя) от 270° до 360°.The movement of pistons 6, 7, 8, 9 of cylinders 2, 3, 4, 5 from right to left (Fig. 7 g, h). The balls 21, 22, moving along the groove 20, turn the shaft 18 counterclockwise (as viewed from the left end of the engine) from 270 ° to 360 °.

Цилиндр 2. Диск 23 наезжает выступом выпуска 26 на ролик 40 штока 39 выпускного клапана 35 цилиндра 2. Начинается такт ВЫПУСКА. Так до тех пор, пока выступ выпуска 26 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется выпускной клапан 35.Cylinder 2. Disc 23 is driven by the release protrusion 26 onto the roller 40 of the rod 39 of the outlet valve 35 of cylinder 2. The EXHAUST stroke begins. So until the protrusion of the outlet 26 comes off the roller 40 of the rod 39 and the outlet valve 35 closes.

Цилиндр 3. Диск 24 наезжает выступом впуска 28 на ролик 40 штока 39 впускного клапана 32 цилиндра 3. Начинается такт ВПУСКА, и так до тех пор, пока выступ впуска 28 не сойдет с ролика 40 штока 39 и не закроется впускной клапан 32.Cylinder 3. The disc 24 runs over the inlet protrusion 28 onto the roller 40 of the rod 39 of the inlet valve 32 of cylinder 3. The INLET cycle begins, and so on until the inlet protrusion 28 comes off the roller 40 of the rod 39 and the inlet valve 32 closes.

Цилиндр 4. Все клапаны цилиндра 4 закрыты. Идет такт СЖАТИЯ.Cylinder 4. All valves on cylinder 4 are closed. There is a COMPRESSION beat.

Цилиндр 5. Все клапаны цилиндра 5 закрыты. Диск 24 наезжает выступом зажигания 30 на контакт зажигания 50. Подается напряжение на свечу зажигания 44. Начинается такт РАБОЧИЙ ХОД. После завершения рабочего хода двигатель возвращается в исходное положение.Cylinder 5. All valves on cylinder 5 are closed. The disc 24 runs over the ignition contact 50 with the ignition lug 30. Voltage is applied to the spark plug 44. The RUNNING cycle begins. After the end of the working stroke, the motor returns to its original position.

Горючая смесь поступает в двигатель через отверстие 47 и коллектор 45, а отработанные газы удаляются через коллектор 46 и отверстие 48.The combustible mixture enters the engine through port 47 and manifold 45, and exhaust gases are removed through manifold 46 and port 48.

Циклически повторяющееся давление газов в процессе сгорания топлива сообщает поршневой группе возвратно-поступательное движение. При возвратно-поступательном движении поршней со штоками и трубой с закрепленными на ней постоянными магнитами, расположенными внутри статора и взаимодействия с обмотками статора наводит в них электродвижущую силу. В сущности это и есть принцип действия линейного генератора со свободным поршнем, производящим электроэнергию непосредственно из линейного движения поршня без промежуточных механических звеньев. Верхняя мертвая точка траектории зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливного заряда. Фактически торможение поршня происходит за счет создания критического давления в камере и последующего самопроизвольного возгорания смеси. В обычном двигателе внутреннего сгорания каждый последующий цикл является аналогом предыдущего, благодаря жестким механическим связям между поршнями и коленвалом. В линейных же двигателях длительность тактов и верхняя мертвая точка - плавающие величины. Малейшая неточность в дозировке топливного заряда или нестабильность режима сгорания вызывают остановку поршня или удар в одну из боковых стенок. Электронная система управления должна осуществлять контроль движения поршней для обеспечения оптимального термодинамического цикла, а также позиционирование поршней, предотвращая их соударение с головками цилиндров. В предлагаемом двигателе роль позиционирования поршней выполняет вал, установленный на подшипниках, проходящий внутри трубы с постоянными магнитами, на боковой поверхности которого выполнена непрерывная канавка синусоидного профиля - два выступа и две впадины, по которой во время работы двигателя прокатываются сферические тела, установленные на внутренней поверхности трубы, ограничивая ход поршней верхней и нижней мертвыми точками. При этом сам вал приобретает вращательное движение (один оборот за четыре такта в каждом цилиндре), что дает возможность установить на концах вала диски, которые выполняют роль механизма газораспределения. Для чего на нем выполнены выступы с покатыми въездами и съездами с них роликов штоков впускных, выпускных клапанов и контакта зажигания. В любой момент времени в одном из противоположных цилиндров проходит такт рабочего хода, обеспечивая возвратно-поступательное движение трубы с постоянными магнитами внутри обмотки статора. В результате позиционирования поршней, предотвращается их соударение с головками цилиндров, уменьшается трение между движущими частями, что в целом повышает надежность двигателя.The cyclically repetitive pressure of the gases in the process of fuel combustion imparts a reciprocating motion to the piston group. During the reciprocating movement of pistons with rods and a pipe with permanent magnets fixed on it, located inside the stator and interacting with the stator windings induces an electromotive force in them. In essence, this is the principle of operation of a linear generator with a free piston, which generates electricity directly from the linear movement of the piston without intermediate mechanical links. The top dead center of the trajectory depends on the compression ratio and the rate of combustion of the fuel charge. In fact, the braking of the piston occurs due to the creation of a critical pressure in the chamber and the subsequent spontaneous combustion of the mixture. In a conventional internal combustion engine, each subsequent cycle is analogous to the previous one, thanks to the rigid mechanical connections between the pistons and the crankshaft. In linear motors, the cycle time and top dead center are floating values. The slightest inaccuracy in the dosage of the fuel charge or the instability of the combustion mode causes the piston to stop or strike one of the side walls. The electronic control system must control the movement of the pistons to ensure an optimal thermodynamic cycle, as well as the positioning of the pistons to prevent them from colliding with the cylinder heads. In the proposed engine, the role of piston positioning is performed by a shaft mounted on bearings, passing inside a pipe with permanent magnets, on the side surface of which a continuous groove of a sinusoidal profile is made - two protrusions and two depressions, along which spherical bodies installed on the inner surface are rolled during engine operation pipes, limiting the piston stroke of the upper and lower dead centers. In this case, the shaft itself acquires a rotational movement (one revolution in four cycles in each cylinder), which makes it possible to install discs on the ends of the shaft, which act as a gas distribution mechanism. Why is it made projections with sloping entrances and exits from them of the rollers of the inlet and outlet valves and the ignition contact. At any time in one of the opposite cylinders, a stroke of the working stroke passes, providing a reciprocating movement of the pipe with permanent magnets inside the stator winding. As a result of the positioning of the pistons, their collision with the cylinder heads is prevented, the friction between the moving parts is reduced, which generally increases the reliability of the engine.

Помимо повышения надежности использование предложенного двигателя приводит к упрощению его конструкции и повышению эффективности работы.In addition to increasing reliability, the use of the proposed engine leads to a simplification of its design and increased efficiency.

Claims (1)

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным генератором, включающий свечи зажигания, линейный генератор, содержащий обмотку статора, механизм газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов, отличающийся тем, что включает четыре цилиндра, в головках которых установлены клапаны механизма газораспределения и контакт зажигания, с двумя парами соосных поршней, жестко соединенных штоками с трубой, на внешней стороне которой закреплены постоянные магниты, а на внутренней поверхности трубы установлены сферические тела и проходит вал, установленный с помощью подшипников на корпусе, при этом на боковой поверхности вала выполнена непрерывная канавка синусоидного профиля, а на торцах вала закреплены диски механизма газораспределения с выступами управления клапанами и контактом зажигания.A free-piston internal combustion engine with a linear generator, including spark plugs, a linear generator containing a stator winding, a valve timing mechanism at the ends of the cylinder, an air-fuel supply manifold and an exhaust gas manifold, characterized in that it includes four cylinders, in the heads of which the valves of the timing mechanism are installed and ignition contact, with two pairs of coaxial pistons, rigidly connected by rods to a pipe, on the outer side of which permanent magnets are fixed, and on the inner surface of the pipe there are spherical bodies and a shaft, mounted with bearings on the housing, passes through, while on the lateral surface of the shaft there is a continuous a groove of a sinusoidal profile, and at the ends of the shaft there are fixed disks of the gas distribution mechanism with projections for controlling valves and an ignition contact.
RU2019135405A 2019-11-05 2019-11-05 Free-piston internal combustion engine with linear generator RU2730633C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135405A RU2730633C1 (en) 2019-11-05 2019-11-05 Free-piston internal combustion engine with linear generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135405A RU2730633C1 (en) 2019-11-05 2019-11-05 Free-piston internal combustion engine with linear generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730633C1 true RU2730633C1 (en) 2020-08-24

Family

ID=72237780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135405A RU2730633C1 (en) 2019-11-05 2019-11-05 Free-piston internal combustion engine with linear generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730633C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU985365A1 (en) * 1981-01-21 1982-12-30 За витель всссош л В.А. Долгушев 1 Пй.гЕ«тао TEX ISCKAi; « л отасл Free piston engine
US4532431A (en) * 1981-10-02 1985-07-30 Cuv "Progress" Method and apparatus for producing electrical energy from a cyclic combustion process utilizing coupled pistons which reciprocate in unison
RU2118472C1 (en) * 1996-09-04 1998-08-27 Александр Викторович Косухин Internal-combustion engine
RU2150014C1 (en) * 1999-03-16 2000-05-27 Пинский Феликс Ильич Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator
RU2296871C1 (en) * 2005-08-08 2007-04-10 Павел Иванович Чернявских Multicylinder radial opposite four-stroke internal combustion engine
RU2500906C1 (en) * 2012-11-07 2013-12-10 Николай Борисович Болотин Free-piston engine
RU159328U1 (en) * 2015-01-12 2016-02-10 Александр Сергеевич Ванюшкин FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH LINEAR ELECTRIC AC GENERATOR
RU2705704C1 (en) * 2019-02-26 2019-11-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Four-stroke internal combustion engine with swinging cylinder

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU985365A1 (en) * 1981-01-21 1982-12-30 За витель всссош л В.А. Долгушев 1 Пй.гЕ«тао TEX ISCKAi; « л отасл Free piston engine
US4532431A (en) * 1981-10-02 1985-07-30 Cuv "Progress" Method and apparatus for producing electrical energy from a cyclic combustion process utilizing coupled pistons which reciprocate in unison
RU2118472C1 (en) * 1996-09-04 1998-08-27 Александр Викторович Косухин Internal-combustion engine
RU2150014C1 (en) * 1999-03-16 2000-05-27 Пинский Феликс Ильич Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator
RU2296871C1 (en) * 2005-08-08 2007-04-10 Павел Иванович Чернявских Multicylinder radial opposite four-stroke internal combustion engine
RU2500906C1 (en) * 2012-11-07 2013-12-10 Николай Борисович Болотин Free-piston engine
RU159328U1 (en) * 2015-01-12 2016-02-10 Александр Сергеевич Ванюшкин FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH LINEAR ELECTRIC AC GENERATOR
RU2705704C1 (en) * 2019-02-26 2019-11-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Four-stroke internal combustion engine with swinging cylinder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4683852A (en) Internal combustion engine having rotating pistons
US4022167A (en) Internal combustion engine and operating cycle
USRE30565E (en) Internal combustion engine and operating cycle
US9441536B2 (en) Internal combustion engine
RU2730633C1 (en) Free-piston internal combustion engine with linear generator
RU2720879C1 (en) Rotary-piston internal combustion engine
RU197366U1 (en) FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH LINEAR GENERATOR
US20170089201A1 (en) Hybrid pneumatic / internal combustion rotary engine
RU2737467C1 (en) Conrod-free rotary engine
US8141475B2 (en) Piston machine
CN103277191B (en) Annular reciprocating type piston engine and even permutation annular reciprocating type piston engine
RU2468225C2 (en) Non-crank two-stroke internal combustion engine
RU2431751C1 (en) Rotary internal combustion engine
RU2297545C2 (en) Rotary engine
RU200107U1 (en) Connecting rod rotor motor
RU201003U1 (en) Two-stroke internal combustion engine with a connecting rod mechanism
RU2805946C1 (en) Rotary piston internal combustion engine
RU226493U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU2755758C1 (en) Rotary-piston internal combustion engine
RU2737460C1 (en) Two-stroke internal combustion engine with a conrod-free mechanism
KR200424326Y1 (en) cam type engine
RU102967U1 (en) ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU2706092C2 (en) Rotary-piston internal combustion engine
CN109653863B (en) Ring cylinder internal combustion engine
KR20090055707A (en) Century engine